Бактерии резко поменяли окружающую среду перед вымиранием — Naked Science
10 минут
София Жаботинская

Бактерии резко поменяли окружающую среду перед вымиранием

5.3

Ученые выяснили, как микроорганизмы могут становиться «ключом» к резким изменениям экосистем, не задерживаясь в них надолго.

Бактерия захватчик меняет окружение, но не выживает
Бактерия захватчик меняет окружение, но не выживает / © Massachusetts Institute of Technology

Известно, что инвазивные виды растений или животных, попадающие в новую среду, где у них нет естественных врагов, начинают быстро размножаться, трансформируя экосистему и вытесняя аборигенные популяции. Яркий пример — жаба-ага в Австралии.

Похожий, но менее понятный сценарий развивается, когда захватчик прибывает, изменяет экосистему, а затем погибает. Физики из Массачусетского технологического института обнаружили, что такое «временное вторжение» может происходить в популяциях бактерий: захватчик способствует трансформации микробиома, провоцируя переход от одного стабильного состояния сообщества к другому, а сам исчезает. Статья опубликована в журнале Science Advances.

«Эти результаты показывают, что бывает так, что даже если вид не выживает в течение длительного времени, он тем не менее может оказывать долгосрочное воздействие на сообщество», — говорит старший автор исследования Джефф Гор.

Полученные данные могут показать, как такие временные захватчики влияют на экосистемы — будь то бактерии, которые изменяют микробиом кишечника человека, ненадолго появившись в его пищеварительном тракте, или козы, питающиеся так, что на обширных территориях не могут больше выжить прежние виды растений и животных.

Изначально ученые планировали изучить факторы, которые могут побудить экосистемы переключаться между двумя устойчивыми состояниями. Многие экосистемы способны существовать в альтернативных стабильных состояниях, но одна может быть более «желательной», чем другая: например, озеро, которое может быть здоровым или эвтрофным (чрезмерно покрытым водорослями). Например, Сахара стала пустыней всего 5000 лет назад — до того она была покрыта травами. Механизмы, которые управляют этими переходами, не всегда понятны, как и возможность управления ими.

Чтобы изучить принципы, которые управляют этими сложными экологическими изменениями, исследователи проверили их упрощенные версии, которые можно анализировать в лаборатории. Авторы работы изучали популяции двух видов бактерий — Corynebacterium ammiagenes и Lactobacillus plantarum, которые, как известно, подавляют рост друг друга, изменяя pH среды: в их сообществе есть два устойчивых состояния, при которых доминирует один из видов в зависимости от кислотности среды.

Микрофотография бактерий рода Lactobacillus plantarum / © Soundharrajan et al., Saudi Journal of Biological Sciences, 2015

Далее на этих стабильных состояниях анализировали влияние временных захватчиков: из шести проверенных видов три смогли изменить общую популяционную динамику экосистемы, а затем вымерли.

Например, при стабильном состоянии микробиома, где L.plantarum правит бал, эти микроорганизмы поддерживают среду кислой, что сдерживает рост C.ammoniagenes. Захватчики, которые процветают в кислой среде, попав в нее, быстро растут. Однако такой быстрый рост производит побочные продукты метаболизма, которые повышают pH, что делает окружающую среду менее гостеприимной для инвазивных микроорганизмов и L.plantarum. В результате C.ammoniagenes снова одерживают верх.

Затем исследователи выяснили, можно ли увидеть это явление в естественных популяциях бактерий. Они взяли образцы почвы и вырастили найденные ими виды бактерий, что позволило этим сообществам достичь разнообразных альтернативных стабильных состояний в лабораторной среде. После введения тех же захватчиков, которых использовали на предыдущей стадии эксперимента, ученые наблюдали схожие закономерности быстрого роста, а затем — исчезновения захватчиков вместе со сдвигом в составе первоначального сообщества. Это показывает, что такой эффект реально происходит в естественных сообществах и не является чисто лабораторным продуктом.

Хотя то, что вид создаст условия, которые приведут к его гибели, выглядит нелогично, в природе это может происходить часто. Более ранние работы показывают, что «экологическое самоубийство», при котором вид делает окружающую среду непригодной для самого себя, не редкость.

Это происходит потому, что в микробной популяции те мутации, которые позволяют быстро расти, максимально эксплуатируя окружающую среду, в краткосрочной перспективе выигрывают у тех, кто медленно растут, сохраняя ее пригодной для жизни в будущем.

«Эта работа явно имеет важные последствия для манипулирования микробными сообществами. Возможность перехода микробного сообщества из неблагоприятного состояния в благоприятное является одной из наиболее важных задач в этой области, и команда MIT показала, как временные захватчики могут быть идеальным «выключателем» — они выполняют свою работу и затем исчезают», — отмечает Стефано Аллезина, профессор экологии и эволюции в Чикагском университете.

Можно отметить, что эта модель имеет смысл не только в упрощенных сообществах. Ученые надеются, что данные их работы помогут изучать и более сложные экосистемы, такие как озера или микробиом кишечника человека, искать эти виды инвазий, вызывающих переходные состояния, и их последствия.

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl + Enter.
Вчера, 09:15
52 минуты
Александр Березин

Решение Совета по космосу РАН повременить с созданием сверхтяжелой ракеты для полетов на Луну звучит странно. Куда откладывать лунную ракету, когда в США средство полета туда отправится в космос уже в 2022 году? Если присмотреться к ситуации внимательно, все еще хуже. Starship — не просто ракета для полетов к Луне и Марсу, а технологическое решение, которое навсегда перевернет военно-политический баланс на Земле. Попробуем разобраться, откуда у «Роскосмоса» такое нежелание посылать людей в дальний космос и как прорывной проект Илона Маска может оказаться дорогой к настоящей Звезде Смерти.

Вчера, 12:49
4 минуты
Ольга Иванова

Особенно это касается витаминов D и A, а также холестерина и незаменимых аминокислот. Все эти показатели у детей, которых кормили в соответствии с веганским меню, оказались значительно ниже, чем у малышей, придерживавшихся обычной диеты.

Вчера, 10:00
5 минут
Сергей Васильев

Новый анализ данных зонда Cassini показал, что глубина центральной части Моря Кракена может достигать 300 метров.

16 января
5 минут
Илья Ведмеденко

Россия подняла в небо группу из шести военно-транспортных самолетов Ан-124-100. Такие тренировки позволяют отработать переброску на большие расстояния личного состава воинских подразделений.

18 января
5 минут
Василий Парфенов

В московском аэропорту Жуковский произошло ЧП: за пределы взлетно-посадочной полосы выкатился новейший отечественный авиалайнер МС-21-300. Он проходил испытания, во время которых имитировали прерванный полет из-за отказа одного двигателя.

19 января
5 минут
Илья Ведмеденко

Российские разработчики представили проект авианосца «Варан». Предполагается, что на его борту смогут разместиться два десятка пилотируемых самолетов, а также вертолеты и беспилотники.

4 января
2 минуты
Илья Ведмеденко

В России приступили к летным испытаниям нового Ту-214. По имеющимся данным, речь идет о третьем и заключительном экземпляре Ту-214ПУ, изготовленном по контракту от 2017 года.

6 января
42 минуты
Александр Березин

Попытки нашей страны создать замену сверхмассовому биплану советской эпохи терпят неудачи вот уже тридцать лет. Причина проста: кризис легкомоторной авиации в целом. Когда-то самая передовая часть авиастроения сегодня застряла на решениях большой древности — и без резкого изменения всей концепции "летающего такси" так и не увидит заметных результатов.

4 января
7 минут
Василий Парфенов

Наступление Мирового океана на сушу, как правило, связывают с глобальным потеплением. Однако испанские геологи описали еще одну проблему, которая только усугубляет ситуацию. Они подсчитали, что из-за проседания почв территория, на которой проживает 19% населения Земли, окажется ниже уровня моря уже к 2040 году.

[miniorange_social_login]

Комментарии

Написать комментарий
Подтвердить?
Лучшие материалы
Предстоящие мероприятия
Войти
Регистрируясь, вы соглашаетесь с правилами использования сайта и даете согласие на обработку персональных данных.

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: